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蓝细菌Synechococcus sp.PCC7002(旧称:Agmenelllum quadruplicatumstrain PR-6)是一种可遗传转化的海洋单细胞原核生物。Synechococcus7002具有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,生长速度快,是一种理想的光合作用研究模式生物。藻胆体(phycobilisome,PBS)是蓝细菌主要的捕光天线复合物,藻胆体由外周杆和核心杆两个亚结构组成。组成藻胆体的蛋白质包括藻胆蛋白和连接蛋白,它们共同形成藻胆体的超级大分子结构。藻胆体吸收的光能可以传递给两个光系统,状态转换(state transitions)调节着光能的分配。 Synechococcus7002藻胆蛋白包括藻蓝蛋白PC和别藻蓝蛋白AP,但是没有藻红蛋白PE。连接蛋白包括LR和LRC。Synechococcus7002 LRC是由cpcG1基因编码,它的作用是连接藻胆体的外周杆与核心杆。我们构建了cpcG1-缺失突变体,发现突变体cpcG1-缺失LRC蛋白,而且光的状态转换受阻碍。为了进一步研究LRC蛋白的功能,我们构建了双缺失突变体cpcBA-G1-,cpcBA-G1-缺失了外周杆和LRC蛋白。细胞吸收光谱和热漂白差异吸收光谱显示,cpcG1-、cpcBA-和cpcBA-G1-三个突变体的核心杆在体内都可以进行组装。然而,cpcG1-在38℃比它在28℃下生长缓慢,说明cpcG1-突变体的核心杆不稳定。随着热漂白水浴温度的升高,双缺失突变体cpcBA-G1-的核心杆吸收峰比cpcBA-的下降得更快,说明缺失LRC的核心杆更加不稳定。因此,LRC连接蛋白在体内不仅是连接外周杆和核心杆,而且它对核心杆的稳定性起重要作用。cpcG1-突变体的状态转换受阻碍可能也是由于体内核心杆不稳定引起的。 我们使用双向凝胶电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)分析了纯化的Synechococcus7002藻胆体,发现在2-DE凝胶中CpcG1蛋白存在两个点。MALD-TOF MS分析显示,CpcG1蛋白的Ser163和Ser166可能存在磷酸化修饰。我们分别构建了编码CpcG1-S163A和CpcG1-S166A两个cpcG1点突变基因。当cpcG1-缺失突变体用野生型cpcG1基因回复突变,其藻胆体性质和生长速度与野生型相同；当cpcG1-缺失突变体用这两个突变基因回复突变,它们的藻胆体也和野生型一样组装,但是它们的生长速度比野生型要慢。77K细胞低温荧光光谱出现了一个很高的650nm荧光峰,暗示了光能在藻胆体内部传递途径受阻。我们还测量了S163A点突变体的藻胆体室温荧光光谱,发现在590nm激光激发下,S163A藻胆体的最大荧光峰相对于野生型的蓝移(blue-shifted)了5nm。藻胆体77K低温荧光光谱显示,S163A的藻胆体内部光能由外周杆向核心杆传递受阻。分离的S163A藻胆体比野生型藻胆体在体外低盐缓冲液中更容易解聚。所以,我们认为Ser163残基对LRC蛋白体内功能非常重要。 Syechococcus7002基因组中,还存在另一个与cpcG1基因高度同源的基因:cpcG2。我们成功验证了该基因在体内的转录和其类囊体膜上的定位。为了更好的研究cpcG2基因的功能,我们构建了cpcG2-、cpcG1-G2-和apcD-G2-缺失突变体。虽然单缺失突变体cpcG2-状态转换和生长状况正常,但是在藻胆体主要吸收的绿光下生长,双缺失突变体cpcG1-2-和apcD-G2-比cpcG1-和apcD-突变体生长得更加缓慢。77K细胞低温荧光光谱显示,cpcG2。突变体中PSI/PSII比野生型要高,说明cpcG2-突变体中光能传递给PSI较少。这些结果说明,CpcG2蛋白参与了PSI光能的吸收。